磷酸铁锂合成的工艺路线探讨和发展

池将在未来的动力电池市场占据主导地位。
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2.工艺路线的发展探讨
成本比例 （%）
21.19 16.83 13.45 12.26 9.80 26.47
单项成本2 （元）
6.5万（10万）
备注
合计
实际成本预估 每Ah成本 每Wh成本
7.436
8.923 5.949 1.859
100
元 元 /安 .时 元 /瓦 .时
6.648（7.072）
7.978（8.487） 5.318（5.658） 1.662（1.768）
8
2.工艺路线的发展探讨
原材料小结
磷源合成离不开工业磷酸，锂源都是由氢氧化锂作为中间产物。
合成磷酸铁锂的基础原料可简单分为3种：
（1）工业磷酸；
（2）硫酸亚铁； （3）氢氧化锂；
归根到底，固相法和溶液法所用的原料完全相同，不同的工艺路线 只是原材料的不同排列组合而已；很显然物质利用率越高的搭配组合可 以实现较低的原材料成本。
成本比例 （%）
58.10
备注
磷酸铁成本在总体成 本比例35%以下。
原材料
水力和电力 人力成本 折旧费用 合计
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2.工艺路线的发展探讨
磷酸铁锂成本变化
磷酸铁合成路线在未来的发展中将克服成本方面的障碍，体现更 优良的性价比，该路线符合动力电池产业对正极材料的需求。随 着生产量的扩大，人力成本和折旧费用可下降50%以上。
（1）成本1以磷 酸铁锂每吨销售 价13万来计算； （2）成本2以磷 酸铁锂每吨销售 价6.5万和10万来 计算。
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2.工艺路线的发展探讨
锰酸锂电芯成本核算
锰酸锂电芯成本核算（以圆柱电池18650型1.4Ah电池为例）： 物质名称
锰酸锂 隔膜 壳体 碳微球 电解液 其它
单项成本1 （元）
1.241 1.415 1.000 0.921 0.731 1.944
磷酸铁锂的工艺路线探讨和发展
内容概要
第一部分 磷酸铁锂的产业化现状
第二部分
第三部分
工艺路线的发展探讨
磷酸铁锂产业的发展探讨
1
1.磷酸铁锂产业化现状
典型厂家
铁锂材料生产商
2
1.磷酸铁锂产业化现状
厂家总结
生产厂家
A123systems STL PULEAD GX-TECH ZN VALENCE FPG-CY
41.62 12.60 8.44
单项成本2 （元）
备注
碳微球
电解液 其它 合计 实际成本预估 每Ah成本 每Wh成本
1.088
1.085 2.252 11.852 14.222 6.773 1.881
9.18
9.15 19.00 100 元 元 /安 .时 元 /瓦 .时 （1）成本1以三 元系每吨销售价 30万来计算； （2）成本2以三 元系每吨销售价 18万来计算。
55000
450
40000
400
58500
400
4
1.磷酸铁锂产业化现状
简要分析
（1）草酸亚铁路线仍然是目前最主流的合成路线，但设备依存度较高，生 产周期比较长 ，形貌调控问题是该路线的难点，导致稳定性不理想。 （2）氧化铁工艺路线比较成熟，产业化基础强，稳定性好，但V系路线的 市场竞争力较弱，在成熟市场会面临挑战；复合路线在成本和性能做 了很好的兼顾，成本方面也有较大优势。 （3）磷酸铁路线成本比较高，仅磷酸铁一项就达到原材料成本的50%以 上，必须大幅削减成本，才能让其优质的电性能和市场价格相匹配。
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2.工艺路线的发展探讨
成本比较前提
（1）草酸亚铁产业化路线： 有机溶剂（考虑回收），二次静态热处理工艺； （2）磷酸铁产业化路线：
水系体系，一次静态热处理工艺。
生产线按年产300吨配臵，实际产量按每月12吨来核算，设备利用率约50%。
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2.工艺路线的发展探讨
亚铁项目核算
草酸亚铁工艺路线核算（以月产12吨为例）： 项目 成本 （元/吨）
59500 7600 12700
百度文库
成本比例 （%）
72.05 9.20 15.38
备注
磷酸铁成本在总体成 本比例50%以上。
原材料 水力和电力 人力成本
折旧费用
合计
2778
82578
3.36
100
折旧基数：400万元
13
2.工艺路线的发展探讨
工业化路线成本小结
通过上述分析得出以下结论：
（1）草酸亚铁工艺路线的成本可控制在7万以下，由于目前国 内大部分厂家设备投资额有限，溶剂回收利用率低，实 际成本控制在8万左右；该路线原材料价格比较成熟。 （2）磷酸铁成本占据总成本的50%以上，需在现有幅度下降
（1）成本1以锰 酸锂每吨销售价8 万来计算； （2）成本2以锰 酸锂每吨销售价 12万来计算。
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2.工艺路线的发展探讨
三元系电芯成本核算
镍钴锰酸锂电芯成本核算（以圆柱电池18650型2.1Ah电池为例）： 物质名称
镍钴锰酸锂 隔膜 壳体
单项成本1 （元）
4.933 1.494 1.000
成本比例 （%）
★★★★ ★★★★
3
1.磷酸铁锂产业化现状
路线比较
以年产300吨为例： 工艺路线 （铁源选择）
草酸亚铁 氧化铁红1（V系） 氧化铁红2（复合） 磷酸铁
原材料成本 （元/吨）
53500（42200）
生产设备投资 (万元）
700
路线瓶颈
成本略高，品质不易 稳定控制。 容量不理想，产品性 价比偏低。 产业化经验需要摸索 现阶段原材料成本过 高，比例超过50%。
1873.9
1782.1
1675.3
1693.4
1896.0
71385.6
67891.2
63820.8
64512.0
72230.4
400V300Ah 电池组成本
223080
212160
199440
201600
225720
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2.工艺路线的发展探讨
成本定价策略探讨
设定磷酸铁锂价格为Pf，锰酸锂价格为Pm ，当两者wh成本相等 时满足下面关系式： (5.86+1.576*Pf/13)/1.5/3.2=(6.011+1.241*Pm/8)/1.4/3.7;
成本比例 （%）
17.11 19.51 13.79 12.70 10.08 26.81
单项成本2 （元）
1.862（23.65%）
备注
合计
实际成本预估 每Ah成本 每Wh成本
7.252
8.702 6.216 1.680
100
元 元 /安 .时 元 /瓦 .时
7.873
9.448 6.748 1.824
6992 2480
成本比例 （%）
58.53 20.76
3
4 5 产品
2500
1200 10 11947
0.45
1.00 15.00 产率95%
1125
1200 150 12576 元/吨
9.42
10.04 1.26
氧化剂
去离子水 正磷酸铁
考虑到加工费用、设备折旧等预计正磷酸铁总体成本控制在2万元以下; 按照目前磷酸铁锂生产工艺，磷酸铁锂单吨总成本可以控制在5.5万以内。
35%左右才能在成本和电性能优势方面更具竞争力。
（3）氧化铁红路线原材料成本约在5.5万左右，总体成本在8 万左右，磷酸二氢锂材料单项比例约50%左右。
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2.工艺路线的发展探讨
正磷酸铁工艺流程
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2.工艺路线的发展探讨
主要生产设备
主要生产设备一览表
序号
1 2 3 4 5
规格型号
2000L 2000L 800mm 2000L 100Kg/h
成熟市场的磷酸铁锂价格最终会降至在6万区间内！
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2.工艺路线的发展探讨
锂电池设计比较
（1）磷酸铁锂1.5安时18650型电池： 正极片：面密度300g/m2，压实密度2.3g/ml； 活性物质含量90%。 （2）锰酸锂1.4安时18650型电池： 正极片：面密度380g/m2，压实密度2.8g/ml； 活性物质含量92%。 （3）镍钴锰酸锂2.1安时18650型电池： 正极片：面密度380g/m2，压实密度3.6g/ml； 活性物质含量92%。
铁源追溯
草酸亚铁
氧化铁红
磷酸铁
草酸
氨水
氢氧化钠
双氧水
双氧水
磷酸
氢氧化钠
硫酸亚铁
还原铁粉
工业硫酸
6
2.工艺路线的发展探讨
磷源追溯
7
2.工艺路线的发展探讨
锂源追溯
电池级碳酸锂制备工艺：
（1）用盐酸中和氢氧化锂至一定pH值，然后加入草酸铵和氯化钡除去钙和硫 酸根离子。 （2）然后用氢氧化锂条件调节一定pH值，加入双氧水将亚铁离子氧化成铁离 子，在弱碱性条件下除去铁离子。 （3）为了提高锂的回收率，加入碳酸铵沉锂； （4）通入CO2将碳酸锂进一步氢化； （5）通过离子交换树脂深度除去钙、镁离子，然后将LiHCO3溶液加热结晶得 到99.9%电池级碳酸锂。
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2.工艺路线的发展探讨
烧失率统计
工艺路线 （铁源选择）
草酸亚铁 氧化铁红1（V系） 氧化铁红2（复合）
产率 （%）
47.6
百分比 （%）
57.3
备注
两次烧成，有机体系
83.1
100
水系
66.4
79.9
水系或有机系
磷酸铁
68.6（81.4）
98.0
水系
很显然，氧化铁红1路线和磷酸铁路线物质利用率最高，但由于目前磷酸二氢 锂和磷酸铁的价格压力较大，成为制约其路线发展的关键！
42200 7000 12700
成本比例 （%）
63.21 10.49 19.02
备注
原材料 水力和电力 人力成本
考虑溶剂回收
折旧费用
合计
4861
66761
7.28
100
折旧基数：700万元
不考虑回收，每吨成 本增加16000元。
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2.工艺路线的发展探讨
磷酸铁项目核算
磷酸铁工艺路线核算（以月产12吨为例）： 项目 成本 （元/吨）
设备名称
反应釜 高位槽 离心机 干燥箱 粉碎机
材质
SU316L SU304 SU316L SU304 SU304
数量
3 1 3 2 1
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2.工艺路线的发展探讨
磷酸铁原料成本核算
序号
1 2
名称
硫酸亚铁
工业磷酸 氢氧化钠
单价 (元/吨）
4600 4000
吨耗用量 （吨）
1.52 0.62
吨耗费用 （元）
Pf=1.186Pm-23.917;
上面涉及成本为每公斤单价，单位为元/公斤。
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2.工艺路线的发展探讨
成本对比曲线图
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2.工艺路线的发展探讨
正极材料点评
就现状而言，锰酸锂材料因为良好的加工性和较低的成本
在便携式电子产品和动力电池等领域都有广阔的应用；但随着 磷酸铁锂正极材料成本的持续下降，锰酸锂的市场空间会受到 极大地抑制，其成本优势将不复存在。 考虑到电池的安全性和循环寿命等综合表现，磷酸铁锂电
技术路线
产品特性
高倍率 较高容量和倍率 高平台 较高容量和倍率
综合评估
★★★★☆ ★★★☆ ★★★☆ ★★★☆ ★★★☆ ★★★☆ ★★★☆
草酸亚铁 氧化铁红
较高容量和倍率 稳定性好，易加工 稳定性好，易加工
Phostech
DATUNG Aleees 磷酸铁
易加工；高倍率
高容量和高倍率 高容量
★★★★
技术路线不统一，说明目前的磷酸铁锂市场仍然不成熟，预示整个产业还处于“从有到优”的竞争阶 段，稳定性是现阶段的重点，V系工艺会有较好的表现，在下一个阶段”从优到廉“的发展过程中，复 合路线和磷酸铁将成为发展的主流，毕竟“稳定性，加工性，电特性”才是符合动力电池产业发展的 主流特征。
5
2.工艺路线的发展探讨
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2.工艺路线的发展探讨
硫酸铁的提纯和精制
高纯硫酸亚铁成本每吨成本可控制在2500元以内，保守估计磷酸铁成本每 吨可节省4000元左右。
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2.工艺路线的发展探讨
磷酸铁成本变化
磷酸铁工艺成本变化（以月产12吨为例）： 项目 成本 （元/吨）
32000
7600 12700 2778 55078 折旧基数：400万元 成本下降27500元
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2.工艺路线的发展探讨
车用电池成本分析
物质名称
每Wh成本 (元） 36V10Ah 电池组成本 42V24Ah 电池组成本 320V120Ah 电池组成本
磷酸铁锂1
1.859
磷酸铁锂2
1.768
磷酸铁锂3
1.662
锰酸锂
1.680
镍钴锰酸锂
1.881
669.2
636.5
598.32
604.8
677.16
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2.工艺路线的发展探讨
硫酸亚铁精制的意义
当前我国绝大部分钛白粉仍采用传统的硫酸法生产工艺,采 用硫酸法生产一吨钛白将产生3. 5～4 t 的绿矾，年副产绿矾量 255～340万t。 钛白生产的副产物废渣绿矾除含有约90%亚铁盐外，还含 有Ti、Mn、Mg、Al、Si、Cu等多种杂质。而其高附加值利用 途径要求硫酸亚铁的纯度达到99%以上,主要体现在氧化铁颜 料、磁性材料和磁粉工业。
负极采用中间相碳微球（MCMB），正负极粘结体系均采用有机体系。
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2.工艺路线的发展探讨
磷酸铁锂电芯成本核算
磷酸铁锂电芯成本核算（以圆柱电池18650型1.5Ah电池为例）： 物质名称
磷酸铁锂 隔膜 壳体 碳微球 电解液 其它
单项成本1 （元）
1.576 1.251 1.000 0.912 0.729 1.968